1992—2016年石羊河下游民勤绿洲时空变化分析

王晓军

摘要 利用1992年TM、2000年TM、2008年ETM、2016年OLI遥感影像提取的绿洲信息，从面积和空间两个方面出发，结合绿洲变化率和时空变化驱动机制，比较分析近30年来石羊河下游绿洲的变化过程。结果表明：近30年来，民勤绿洲面积经历了先回升后缩小再回升的变化过程，绿洲质量明显转好。

关键词 遥感影像;民勤绿洲;绿洲变化率;时空变化

中图分类号：P333 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）07–0087–02

绿洲是干旱区独有的地理景观，指荒漠中有稳定水源，可供植被繁茂生长的地理区域[1]。石羊河流域是西北干旱区内陆河流域中人口最密集、水资源开发强度最大、生态环境问题最严重的地区[2]。尤其是下游民勤绿洲，近几十年来随着人类活动的增加，该区域林草覆盖度下降，水土保持、防风固沙能力下降，干旱、沙尘暴等不确定灾害频发，使流域内自然生态环境严重恶化。因此，研究民勤绿洲植被覆盖度的时空变化，对研究国内内陆干旱地区陆地生态系统环境变化具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

民勤县地处38°25' N～39°17' N，102°45' E～104°15' E，是石羊河流域下游一片岌岌可危的绿洲。石羊河流域下游民勤县地势由西南向东北倾斜，民勤绿洲盆地将下游区域划分为坝区、泉山区和湖区三个部分，下游区域三面环沙，是甘肃省乃至全国沙漠危害最严重的地区之一。

1.2 影像处理

为了最大程度地提取绿洲信息，所选影像的获取时间尽可能为7、8月。1992年TM、2000TM、2008年ETM、2016年OLI遥感影像。经过辐射定标、大气校正、几何校正、研究区裁剪等预处理，得出研究区域，然后利用缨帽变换方法对研究区域影像进行图像增强[3]。

1.3 植被提取

研究中，依据“绿洲特征——植被茂盛”这一主要特征，以植被长势和稠密为判定植被是否属于绿洲的主要依据，计算出植被覆盖度大于15%的人工防护林和天然植被覆盖区属于绿洲，植被覆盖度低于15%的植被聚落不属于绿洲[4]。

由于研究区域处于干旱半干旱地区，植被所呈现出景观的特点，因此选用NDVI法提取植被信息，并用归一化方法对影像中提取的绿洲植被进行归一化处理，这样可以突出植被的信息，最后对背景进行赋值，可以得到4年石羊河下游民勤绿洲植被的空間分布。

1.4 水体提取

利用MIR/G指数提取水体信息，其中MIR是影像的中红外波段，G是影像的绿光波段，两波段比值可以有效抑制植被和荒漠土壤信息，突出水体信息，并采用阈值分割法分割绿洲的要素——水体。阈值下限对某些碎部区域到底归于水体、植被还是荒漠有着决定性作用。同时，借助天地图可以对提取的水体区域采取缩放阈值的方法以获取最佳阈值，得到4年石羊河下游民勤绿洲水体的空间分布。

1.5 居民地剔除

提取的植被信息中散布大小不等和形状各异的居名地、荒滩或弃耕地等。将植被的二值化图像转为矢量图像并做“去除分析”，为了不影响对绿洲内部荒漠的客观认识，应将居民点、沙化土地或弃耕地尽可能做“去除分析”并剔除[5]。

1.6 绿洲要素叠加

经过碎斑处理之后，将图层由矢量格式转为栅格格式（像元大小为30 m），形成下游民勤绿洲的植被空间分布图，再与提取的水体空间分布图像镶嵌，得到分类要素提取叠加的石羊河下游民勤绿洲空间分布图（图1）。

2 结果与分析

2.1 绿洲面积变化

对四期遥感影像绿洲分布图在ArcGIS中进行量算以及统计分析，可知：1992年民勤绿洲面积为968.45 km2，2000年民勤绿洲面积为1 465.02 km2，2008年民勤绿洲面积为1 228.47 km2，2016年民勤绿洲面积为1 745.62 km2。

绿洲面积的变化能够直观地描述一段时间内绿洲面积变化的大小与快慢，但是不能反映绿洲变化的幅度和速度，即绿洲变化的强度。故选择绿洲变化率来简单描述绿洲变化的剧烈程度，其数学表达式为：

公式中，Ua表示初始年份绿洲面积，Ub表示结束年份绿洲面积，T表示时间周期。

K=0表明绿洲处于稳定中;K>0表明绿洲处于扩张中，值越大，扩张强度越大;K<0说明绿洲处于萎缩中，值越小，萎缩强度越大（表1）。

2.2 自然因素

2.2.1 降水量和蒸发量 石羊河下游年降水量<150 mm，蒸发量却达到

1 300～2 000 mm，降水变化率相对中上游较大，干旱指数达到15～25。有着庞大的蒸发量的石羊河流域极度缺水，制约了民勤绿洲的发展。

2.2.2 水文 过度开采地下水导致水质矿化度上升、土地沙化严重、植被面积减少、生态环境逐渐恶化。地下水位开始下降，地面天然生长的沙生植被因根系吸收水分不足，退化衰败度达到70%以上，植被覆盖度开始快速下降，致使沙丘活化，逐渐移动，使绿洲的分布格局发生了明显的改变。

2.3 人文因素

2.3.1 人口增长 民勤县是一个以农业为主的县城，要想提高人们的生活质量，就要高效利用土地，这就进一步加大了土地的利用压力。

2.3.2 农业科技进步 主要包括农业机械化、节水灌溉技术提升、地膜使用与作物品种改良等。采用地膜覆盖技术可在某种程度上提高了水资源的利用率，但是对环境的污染相对加大。此外，引进抗旱作物品种（梭梭树等沙生植物），扩大绿洲面积，抑制两大荒漠的迁移与合并。

3 结论

（1）在空间分布上，红崖山水库以下的民勤绿洲有向上游迁移的趋势，且这种迁移不只是上游原有绿洲在边缘地区的“增生”，而且以打井的方式呈离散片状向荒漠腹地推进。绿洲迁移的原因在于下游生态环境不断恶化，导致农田大量被弃耕，以及地下水开采量的大幅度增加。

（2）可以看出：1992—2016年，民勤綠洲并没有大面积退化，而是经历了一个先增加后减少再增加的过程。前期绿洲面积增加主要表现在人们大面积地开荒垦地，开采地下水，灌溉面积扩大。中期绿洲面积减少的原因是地下水超采，生态环境恶化，大量天然植被退化成荒漠。后期又回升是因为石羊河流域采取了重点治理、景电二期向民勤调水工程、西营河向民勤调水工程等治理措施;人们环境意识的提高;实行了许多防风固沙措施，包括利用草方格防止沙漠移动、种植梭梭树等沙生植物，有效抑制了绿洲荒漠化。

参考文献

[1] 颉耀文，陈发虎.基于数字遥感图象的民勤绿洲20年变化研究[J].干旱区研（下转第页）究，2002（1）：69-74.

[2] 韩涛，王大伟.2000—2014年石羊河流域植被覆盖变化研究[J].中国农学通报， 2017，33（13）：66-74.

[3] 陆灯盛，游先祥，崔赛华.TM 图像的信息量分析及特征信息提取的研究[J].环境遥感， 1991（4）：267-274，323.

[4] 卫娇娇.基于遥感的甘肃河西地区绿洲分布提取及时空变化分析[D].兰州：兰州大学，2016.

[5] 吴莹莹.基于TM遥感影像的绿洲空间分布提取研究[D].兰州：兰州大学， 2010.

责任编辑：黄艳飞

Temporal and Spatial Changes of Minqin Oasis in the Lower Shiyang River From 1992 to 2016

WANG Xiao-jun （Shiyang River Basin Water Resources Utilization Center， Gansu Provincial Water Resources Department， Wuwei， Gansu 733000）

Abstract Based on the oasis information extracted from TM in 1992， TM in 2000， ETM in 2008 and oli in 2016， the change process of oasis in the lower reaches of Shiyang River in recent 30 years is compared and analyzed from the two aspects of area and space， combined with the oasis change rate and spatio-temporal change driving mechanism. The results show that in recent 30 years， the area of Minqin oasis has experienced a change process of first rising， then shrinking and then rising， and the oasis quality has obviously improved.

Key words Remote sensing image; Minqin oasis; Oasis change rate; Space and temporal change